Mae datblygiad cyflym technolegau megis deallusrwydd artiffisial, cyfathrebu 5G, a cherbydau ynni newydd wedi arwain at ddwysedd pŵer cynyddol a lefelau integreiddio mewn dyfeisiau electronig yn barhaus, gan wneud "gwarediad gwres" yn ffactor allweddol sy'n cyfyngu ar berfformiad dyfeisiau. O'i gymharu â deunyddiau traddodiadol fel Al₂O₃, BeO, a SiC, AlN (alwminiwm nitrid), gyda'i ddargludedd thermol rhagorol, cryfder mecanyddol uchel, paru ehangu thermol da, sefydlogrwydd cemegol, diwenwynedd, cyson dielectrig isel, a gwrthedd trydanol uchel, wedi dod yn ddeunydd hanfodol ar gyfer pecynnu electronig a rheolaeth thermol. Fodd bynnag, mae powdr AlN yn dueddol o hydrolysis mewn cymwysiadau ymarferol. Pan fydd yn agored i aer llaith, mae ei wyneb yn cael adwaith di-droi'n-ôl â dŵr, gan gynhyrchu alwminiwm hydrocsid [Al(OH)₃], AlOOH, a chynhyrchion eraill. Mae hyn yn arwain at swyddi gwag nitrogen, mwy o fandylledd a chynnwys ocsigen mewn cerameg AlN wedi'i sintro wedi hynny, gostyngiad sylweddol mewn dargludedd thermol, a hyd yn oed rhyddhau nwy amonia yn ystod y defnydd, a all effeithio ar gydrannau cyfagos (ee, gwenwyno catalyddion platinwm). Felly, mae dod o hyd i ddulliau gwrth-hydrolysis addas yn hanfodol ar gyfer datblygu AlN.
Hydrolysis Ymddygiad Nitrid Alwminiwm
Gellir rhannu ymddygiad hydrolysis AlN yn fras yn dri cham nodweddiadol:
(1) Cyfnod sefydlu: Mae'r cyfansoddyn hydrocsid amorffaidd (AHC) sy'n bodoli eisoes ar yr wyneb AlN yn hydoddi'n araf, ac mae'r pH yn parhau i fod yn sefydlog i raddau helaeth (yn para 17-180 munud ar dymheredd ystafell; mae'r cyfnod sefydlu yn diflannu ar 90 gradd).
(2) Cyfnod adwaith cyflym: Ar ôl i'r AHC hydoddi, mae'r wyneb AlN yn agored ac yn cael hydrolysis cyflym i ffurfio AlOOH amorffaidd, sydd wedyn yn trawsnewid yn boehmite crisialog (AlOOH). Mae'r pH yn codi'n sydyn i 9-10.
(3) Cyfnod sefydlogi cynnyrch: Ar dymheredd isel (22-50 gradd ), mae boehmite yn hydoddi ymhellach ac yn ail-grisialu i bayerite ( -Al(OH) ₃). Ar dymheredd uchel (80-90 gradd ), mae boehmite yn parhau'n sefydlog ac nid oes unrhyw ffurf baeerit.
Ffactorau Allweddol sy'n Dylanwadu ar y Broses Hydrolysis
1. Ffactorau amgylcheddol: Mae'r cyfrwng amgylcheddol yn ffactor allweddol sy'n pennu hyd pob cam a natur y cynhyrchion hydrolysis.
(1) Tymheredd: Fukumoto et al. pan fo'r tymheredd yn is na 77.85 gradd , y cynnyrch hydrolysis terfynol yw Al(OH)₃; uwch na 77.85 gradd, y prif gynnyrch yw AlOOH. Mae asidau cryf (ee, HCl) neu fasau cryf (ee, NaOH) yn cyflymu hydrolysis, tra gall asidau cymharol gryf (ee, H₃PO₄) atal hydrolysis trwy ffurfio haen ffosffad amddiffynnol.
(2) pH: Canfu Kocjan nad yw'r pH cychwynnol yn newid y gyfradd hydrolysis gyffredinol, ond ar pH=10 mae'r cyfnod sefydlu yn cael ei ddileu (ni all AHC amorffaidd fodoli'n sefydlog o dan amodau alcalïaidd). Mewn amgylcheddau asidig pH=1–3, gall ïonau H⁺ gyfuno ag OH⁻ ar yr wyneb AlN, gan oedi hydrolysis.
(3) Atmosffer: Hou et al. astudio amgylcheddau tymheredd uchel (1000–1150 gradd ) a chanfod oherwydd bod H₂O yn hyrwyddo trylediad mewnol H⁺, mae tueddiad hydrolysis/ocsidiad AlN ar ei uchaf mewn atmosffer Ar–20 vol% H₂O, gyda chynnydd màs o 21.1% ar ôl 15 h. Mewn awyrgylch aer–20 vol% H₂O, mae O₂ yn cystadlu â H₂O, gan arwain at gynnydd màs o 12.0% yn unig, sy’n dangos bod ocsigen yn atal-hydrolysis tymheredd uchel.
2. Maint gronynnau: Mae astudiaethau wedi dangos bod cyfradd hydrolysis AlN maint nano 5–10 gwaith yn gyflymach na chyfradd AlN maint submicron. Mae hydrolysis yn cychwyn ar ddiffygion arwyneb megis grisiau, gan ddangos dylanwad sylweddol maint gronynnau a morffoleg arwyneb ar cineteg hydrolysis.
3. Preparation process: Currently, the industrial production of AlN powder is dominated by carbothermal reduction and direct nitridation methods. Li et al. found that AlN prepared by carbothermal reduction has a stable γ-Al₂O₃ layer on its surface, resulting in the longest induction period (>24 h), tra mai dim ond 6 h yw'r cyfnod sefydlu ar gyfer AlN a baratowyd trwy nitridiad uniongyrchol.